na 2024/07/18 845

Kako postaviti i kalibrirati stanice za opterećenje s HX711?

HX711 modul se pojavljuje kao osnova u modernim sustavima za vaganje, a služi kao opasna granica između mikrokontrolera i stanica opterećenja - senzori su osnovni u mjerenju težine i sile.Ovaj članak istražuje detalje HX711, ističući njegovu dvokanalnu operaciju koja zadovoljava jednu ili dvije ćelije za opterećenje, nudeći fleksibilnost u konfiguraciji.Utječe 24-bitni analogno-digitalni pretvarač (ADC) i ugrađeni programibilni pojačalo pojačalo (PGA) kako bi se osiguralo digitalne izlaze s visokom rezolucijom, s minimalnim analognim signalima.Uključivanje preciznih metoda kalibracije, uključujući nula i prilagodbe punih razmjera, istaknuto je kako bi se osigurala točnost u različitim aplikacijama od industrijskih vaga do pametnih kuhinjskih sustava.Članak istražuje utjecaj okolišnih čimbenika poput temperature na performanse opterećenja, detaljno opisane kompenzacijske tehnike koje povećavaju pouzdanost.Postavke veze, tipični problemi koji se susreću i metode rješavanja problema pružaju praktični uvid u optimizaciju funkcionalnosti i trajnosti sustava temeljenih na HX711.

Katalog

Što je HX711?

Slika 1: HX711

HX711 je elektronički modul koji se obično koristi za sučelje sa stanicama opterećenja, a to su senzori koji mjere težinu ili silu.Sadrži 24-bitni ADC i integrirano pojačalo za pretvaranje analognih signala iz stanica opterećenja u digitalni izlaz visoke rezolucije, jamčeći točna mjerenja težine.HX711 podržava dva kanala, omogućujući povezivanje s jednom ili dvije ćelije za opterećenje i pružajući fleksibilnost za različite konfiguracije sustava za vaganje.Optimiziran za malu buku, modul osigurava precizna mjerenja težine minimiziranjem smetnji.Komunicira s mikrokontrolerima, kao što je Arduino, putem jednostavnog serijskog sučelja, zahtijevajući samo nekoliko pinova za prijenos podataka.HX711 djeluje na maloj energiji, što ga čini pogodnim za sustave na bateriju.Njegovo ugrađeno pojačalo ima podesivi dobitak, omogućavajući prilagodbu na temelju osjetljivosti priložene ćelije.

Sitni analogni signal iz stanice opterećenja pojačava se ugrađenim programiranim pojačalom pojačalom HX711 (PGA), obično postavljenom na dobitak od 128 ili 64, ovisno o čvrstoći izlaznog signala senzora.Ovaj pojačani signal se zatim dovodi u 24-bitni A/D pretvarač, pretvarajući ga u digitalni signal visoke preciznosti.Tijekom ovog postupka potrebno je pravilno zaštitu i uzemljenje signalne linije kako bi se spriječilo vanjske smetnje.Nakon što se pretvori, digitalni signal se šalje u mikrokontroler putem serijskog sučelja HX711.Tehnike digitalnog filtriranja poput pomičnog prosječnog filtriranja ili Kalmanovog filtriranja mogu se primijeniti kako bi se poboljšala točnost mjerenja.Kalibracija uključuje nultu kalibraciju za postavljanje izlaza senzora na nulu bez težine i kalibracije u punoj skali kako bi se prilagodio izlaz tako da odgovara stvarnoj težini poznatog standardnog objekta.

Priključak HX711 u ćeliji za opterećenje

Slika 2: HX711 u ćeliji za opterećenje

HX711 je dizajniran prvenstveno za povezivanje s opterećenjem ćelije u sustavima za vaganje.U tipičnom postavljanju, opterećenja, koja obično dolazi s četiri žice - UR (pobuda + ili VCC), crna (pobuda - ili GND), bijela (signal +) i zelena (signal -) - izravno je spojena naHX711.Crvene i crne žice povezane su s E+ i E-itima na HX711, pružajući potreban napon pobuđenja.Bijele i zelene žice pričvršćene su na A+ i A-igle HX711, koje upravljaju izlazima signala u stanici opterećenja.

Za napajanje, HX711 zahtijeva napon opskrbe obično između 2,6 V i 5,5 V. Modul ima sat (SCK) i igle za podatke (DT) koji se povezuju s odgovarajućim digitalnim igle na mikrokontroleru, olakšavajući digitalnu komunikaciju.Nakon što se uspostave sve fizičke veze, sustav se mora kalibrirati s poznatim utezima kako bi se osigurala točnost, prilagođavajući softver mikrokontrolera kako bi se povezao analogni izlaz ćelije opterećenja s određenim vrijednostima težine.Pravilno uzemljenje HX711 na tlu mikrokontrolera, a ako je moguće, na zemaljsku zemlju, potrebno je za minimiziranje buke i povećanje preciznosti mjerenja.

Usporedba različitih vrsta opterećenja

Značajka	Vrsta kompresije	Vrsta napetosti	Jednostruka vrsta	Tip snopa
Načelo	Mjere opterećenja okomito	Mjere opterećenja okomito	Mjere opterećenja primijenjeno u jednom području	Mjeri opterećenje putem savijanja
Orijentacija opterećenja	Kompresijska sila	Zatezanje	Bilo koji smjer unutar ravnine	Savijanje ili savijanje
Točnost	Visok	Visok	Umjeren do visok	Umjeren
Koštati	Umjeren	Umjeren do visok	Nisko do umjeren	Nizak
Održavanje	Nizak	Nizak	Nizak	Nizak
Izlaz	Električni signal	Električni signal	Električni signal	Električni signal
Uobičajene primjene	Industrijska vaga, tenk za vaganje	Vage dizalica, testiranje materijala	Maloprodajne vage, platforme	Vaganje spremnika, industrijski sustavi
Prednosti	Visoki kapacitet, robustan	Pogodno za dinamička opterećenja	Prikladno za asimetrična opterećenja	Ekonomično za određene raspone
Nedostaci		Ograničeno na kompresivna opterećenja	Ograničeno na zatezna opterećenja	Nije prikladno za opterećenje izvan središta

Učinci temperature na stanicu opterećenja

Slika 3: Temperatura na ćeliji opterećenja

Temperaturne promjene značajno utječu na točnost stanica opterećenja, uzrokujući promjenu nultog pomicanja i osjetljivosti zbog toplinske ekspanzije i koeficijenta temperature otpornosti materijala za naprezanje.Za ublažavanje ovih učinaka može se upotrijebiti nekoliko metoda kompenzacije temperature.Jedna metoda je korištenje termoparova ili termistora za praćenje radne temperature senzora u stvarnom vremenu, obrađene od strane softverskih sustava za ispravljanje pogrešaka mjerenja.Drugi pristup uključuje odabir materijala za naprezanje s svojstvenim svojstvima kompenzacije temperature.Dizajniranje učinkovitog kruga mosta, sastavljen od četiri mjerača naprezanja, simetrično raspoređeno i dodavanje otpornika kompenzacije temperature dodatno minimizira temperaturne učinke.Održavanje konstantnog temperaturnog okruženja usredotočeno je na visoko precizne laboratorijske ravnoteže, a upotreba ljepila s visokom toplinskom stabilnošću osigurava čvrste točke zavarivanja u spojevima mosta kako bi se izbjegli problemi poput hladnog zavarivanja.

Primjeri projekta pomoću HX711 i opterećenja ćelije

Za ljestvicu pametne kuhinje, potrebni materijali uključuju HX711 modul, ćeliju s jednostrukim točkama, Arduino mikrokontroler i zaslon.Proces konstrukcije uključuje osiguranje ćelije opterećenja u bazi ljestvice, povezivanje s HX711 i povezivanje HX711 s Arduino.Arduino je programiran za upravljanje operacijama HX711, kontinuirano čitanje podataka o težini i prikazivanje tih podataka na zaslonu.Neobavezno poboljšanje je integriranje Bluetooth modula za prijenos podataka o težini u mobilnu aplikaciju.

Slika 4: Uključite ćeliju s Arduino mikrokontrolerom

Za pametnu kantu za smeće, potrebne komponente su modul HX711, ćelija za opterećenje u jednoj točki, Arduino mikrokontroler i mehanizam obavijesti poput zujanja ili LED svjetla.Postavljanje uključuje instaliranje ćelije za opterećenje na dnu kante za smeće i povezivanje s HX711 i Arduino.Arduinov softver prilagođen je za nadgledanje težine smeća i izdaje upozorenja putem zujanja ili LED kada smeće dosegne unaprijed definiranu težinu.Dodavanje bežičnog modula za daljinsko nadgledanje i konfiguriranje sustava za slanje upozorenja i podataka o težini u mobilnu aplikaciju još je jedna korisna opcija.

Slika 5: Arduino mikrokontroler s LED svjetlima

Uobičajeni problemi i rješavanje problema

Prilikom korištenja HX711 modula i vaganja senzora možete naići na nekoliko problema kao što su zvuk signala, nula odljeva, nestabilnost signala i opći izazovi održavanja.Da biste riješili šum signala, instaliranje filtriranih kondenzatora u blizini HX711 -ove snage za napajanje može ublažiti buku od fluktuacija napajanja.Korištenje zaštićenih kabela pomaže izoliranju elektromagnetskih smetnji, što je posebno potrebno u prijenosu na duge udaljenosti.Korištenje osciloskopa može pomoći u identificiranju izvora buke u napajanju i signalnim linijama, a pravilno uzemljenje zaštićenih kabela dodatno smanjuje smetnje.Problemi s nultom odljevom mogu se minimizirati redovitim kalibracijom i održavanjem konstantnog temperaturnog okruženja ili korištenjem uređaja za kompenzaciju temperature.Također je preporučljivo kontinuirano nadgledati i prilagoditi temperaturne promjene kako bi se osigurala stabilnost.

Za nestabilnost signala pregledajte točke lemljenja i na senzor i na HX711 modul kako biste osigurali da su čvrsti.Provjerite sve žice radi integriteta i dobrog kontakta i upotrijebite multimetar za mjerenje otpora na svakoj kontaktnoj točki kako biste potvrdili integritet veze.Potrebno je redovito održavanje i umjeravanje.To uključuje provjeru napona napajanja, jamstvo sigurnosnih signalnih veza i procjenu mehaničkog stanja senzora.Kalibracija sa standardnom težinom je žarište za održavanje točnosti izlaza senzora.

Zaključak

Modul HX711 uključen je u transformiranje osnovnih sustava mjerenja težine u pouzdana i prilagodljiva tehnička rješenja.Kroz kompletnu analizu svog dizajna, primjene i potencijalnih problema, ovaj članak ne samo da ilustrira ulogu modula u podizanju preciznosti i stabilnosti stanica opterećenja, već također pruža nacrt za učinkovito rješavanje problema i održavanje.Bilo da se radi o povišenju digitalne obrade signala ili kvalificiranju štetnih učinaka temperaturnih varijacija, strategije koje su ovdje raspravljane potrebne su za inženjere i tehnologe koji imaju za cilj povezati puni potencijal HX711 u aplikacijama osjetljivim na težinu.Budući napredak u znanosti o materijalima i digitalnoj elektronici održava obećanje da će dodatno povećati mogućnosti modula poput HX711, podneti put za učinkovitije i točne sustave za vaganje.

Često postavljana pitanja [FAQ]

1. Koja je osjetljivost stanice HX711 opterećenja?

Njegova osjetljivost, koja ukazuje na to koliko je mala promjena težine može otkriti, prvenstveno se određuje opterećenom ćelijom spojenom na nju.Stanice opterećenja pružaju osjetljivost u rasponu od 1 mV/v do 3 mV/v, što znači da se izlazni napon mijenjaju po ovoj količini po volti pobude pri punom opterećenju.

2. Kako povećavati osjetljivost stanice opterećenja?

Da bi se povećala osjetljivost stanice opterećenja, može se poduzeti nekoliko koraka.Prvo, razmislite o korištenju stanice opterećenja koja nudi veću osjetljivost, naznačeno s većim MV/V izlazom.Zatim se kvaliteta signala može poboljšati prihvaćanjem boljih praksi ožičenja i korištenjem tehnika zaštite za smanjenje smetnji buke.Korištenje analogno-digitalnog pretvarača (ADC) veće rezolucije (ADC) ili onaj s vrhunskim performansama buke, poput HX711, može biti korisno.HX711 se također može rasporediti da djeluje pri većim postavkama pojačanja, što dodatno povećava osjetljivost stanice opterećenja.

3. Kolika je maksimalna brzina uzorkovanja za HX711?

HX711 modul može iznijeti brzine podataka do 80 uzoraka u sekundi u svom zadanom načinu rada.Podešavanjem PIN -a za odabir brzine (PIN) možete prebaciti njegov način kako biste povećali brzinu na 10 Hz za mjerenja veće razlučivosti, žrtvujući određenu brzinu za veću preciznost.

4. Možete li preopteretiti ćeliju za opterećenje?

Da, možete preopteretiti stanicu za opterećenje, što može dovesti do trajnog oštećenja ili degradacije njegove točnosti.Stanice opterećenja općenito su ocijenjene maksimalnim kapacitetom i rubom preopterećenja, obično oko 150% njihovog nazivnog kapaciteta.Prelazak ove granice rizikuje mehaničku deformaciju i neuspjeh mjerača naprezanja unutar stanice.

5. Kako uravnotežite stanice opterećenja?

Uravnotežavanje više opterećenja u sustavu za vaganje žarište je za postizanje preciznih mjerenja.Da bi se učinkovito uravnotežilo stanice opterećenja, prvo je osigurati da su sve stanice opterećenja istog kapaciteta i vrste.Treba ih instalirati jednako, a platforma ili struktura moraju biti kruti kako bi se ravnomjerno podržala svaka ćelija.Spoj kutija može se koristiti za električno kombiniranje i uravnoteženje signala iz svake ćelije za opterećenje.Ako je dostupan, prilagodite izlaz kroz potenciometre kako biste osigurali ravnomjerno raspodjelu opterećenja među svim stanicama.Nakon ugradnje, potrebno je kalibrirati cijeli sustav kako bi se objasnile bilo kakve izmjene u izlazima pojedinih ćelija.